Wel eens een diamant in je achtertuin gevonden? Grote kans van niet, want ze komen slechts spaarzaam en op bepaalde plaatsen ter wereld voor zoals in zogenaamde pijpen met kimberliet-gesteente. Dat gesteente is gestold magma dat eens diep in de aarde te vinden was. Hoe dit magma zo dicht bij het aardoppervlak kon komen, was tot nu toe een raadsel. Onderzoek van James Kelly Russell (Universiteit van Brits-Columbia, Canada) en collega’s gepubliceerd in Nature lossen dit mysterie op.
Diamanten
Diamanten ontstaan diep in de aarde: ergens in de bovenste aardmantel tussen 140-300 km diepte. Uiteindelijk worden ze opgepikt door magma dat richting het aardoppervlak reist. Chemisch gezien zijn diamanten behoorlijk eentonig: ze bestaan uit pure koolstof samengepakt in een zeer sterke kristalstructuur. Diamanten kunnen daarom zo goed als elk materiaal krassen. De helft van diamanten komen uit centraal en zuidelijk Afrika, waar ook de controversiële bloeddiamanten vandaan komen. Een ander deel komt uit Australië, Brazilië, Canada, India en Rusland. Diamanten komen niet alleen in kimberlietpijpen voor maar ook in lamproietenpijpen, waar magma de ‘aanvoerpijp’ van een vulkaan heeft gebruikt om dichtbij het aardoppervlak te geraken.
Bubbels
Hoe het magma met de diamanten naar het aardoppervlak kon rijzen, was niet goed bekend. Gespeculeerd werd er wel volop. Vluchtige moleculen van water en koolstofdioxide zouden een rol spelen. Er was echter geen enkel experimenteel bewijs. Dat veranderde met de experimenten van Russell en collega’s. Zij ontdekten in het laboratorium dat bubbels van koolstofdioxidegas ontstaan als silica-rijke mineralen in carbonaatrijk magma van ca. 1000°C worden gemikt. Een groot ‘aha’ moment voor de wetenschappers. Waarom zul je nu misschien denken?
Dit vertelt namelijk hoe kimberlietmagma met daarin de diamanten zo snel kan stijgen. In de vroege fase diep in de bovenste aardmantel komt magma rijk aan carbonaat in contact met het silica-rijke mineraal orthopyroxeen. Op het moment dat dit gebeurt, ontstaat een soort champagne-effect in de vorm van koolstofdioxide bubbels, waardoor het magma snel stijgt. Met raketsnelheden voor de aardmantel kunnen we wel zeggen, want maximaal 14 km per uur is mogelijk.
Tijdens het stijgen wordt steeds weer silica opgenomen, waardoor wederom CO2 ontstaat. Omdat steeds meer CO2 ontsnapt uit het magma, wordt het magma steeds lichter. Hierdoor stijgt het gemakkelijker. Je kan dus wel spreken van een zichzelf in stand houdende beweging van het magma naar het aardoppervlak, ook omdat warmte wordt geleverd door de kristallisatie van andere mineralen.
Continenten
Kimberlietpijpen komen alleen op zeer oude delen van continenten (kratons) voor, wat tot op heden niet goed verklaard kon worden. Nu wel. Het bovenste gedeelte van de aardmantel van deze kratons, net onder de aardkorst, bevat namelijk verhoudingsgewijs veel van het silica-rijke orthopyroxeen met 15-30%. Bovendien is dit gedeelte van de aardmantel behoorlijk dik met 90-120 km, waardoor voldoende orthopyroxeen gevonden kan worden.
Zonder orthopyroxeen en het bubbelde CO2 en zouden diamanten nooit bij het aardoppervlak terecht gekomen zijn, en dus nooit bekend worden als die dure, glimmende steen van een sieraad.
Bron:
Russel et al., ‘Kimberlite ascent by assimilation-fuelled buoyancy’, Nature 481 (2012) 352-355.
Zie ook:
- Diamanten makkelijker te vinden (Kennislinknieuws)
- Harder dan diamant (Kennislinknieuws)
- Beweging diep in de aarde en invloed op het aardoppervlak (Kennislinkartikel)
- Vertragende afkoeling in aardmantel (Kennislinkartikel)